一、技术简介

本成果首次系统研究了中厚板理论、深梁理论和非线性稳定理论在高水头大跨度闸门结构设计中与薄板理论、细长梁理论和线性稳定理论的区别，定量探明了闸门结构的空间效应及力学机制，并制定了闸门结构有规可依且科学高效的空间体系法初步分析原则，提高了水工钢闸门设计的质量。同时采用空间体系法对水工钢闸门空间结构的合理布置进行了系统研究，解决了闸门门叶结构与支臂结构的空间布置问题，提高了水工钢闸门整体结构的强度、刚度和稳定性。采用空间体系法对支臂结构竖撑和斜撑的布置位置及不同位置的影响进行了定量研究，为支臂结构中竖撑和斜撑的合理布置奠定了理论基础。对水工钢闸门支臂结构的竖撑和斜撑进行了合理布置，提高了支臂结构的强度、刚度和稳定性。同时将空间体系法与全过程三维参数化设计相结合对水工钢闸门直接进行参数化设计，实现了真正意义上的三维正向设计，提高了水工钢闸门设计效率。截至目前，闸门空间体系法设计技术在小浪底水利枢纽明流洞弧形闸门结构分析、乌鲁瓦提水利枢纽泄洪洞和排沙洞弧形闸门结构分析、马来西亚芭蕾低位洞出口偏心铰弧形工作闸门结构设计、古贤水利枢纽泄洪底孔偏心铰弧形工作闸门结构设计等工程中进行了应用。

二、主要技术指标

2024年6月1日，黄委国科局组织召开了专家鉴定会，专家一致认为该研究成果：

1）系统研究了中厚板理论、深梁理论和双重非线性稳定理论，并在闸门结构设计中进行了应用，探明了水工钢闸门结构的空间效应及力学机制，提出了科学高效、准确规范的空间体系法分析原则与方法，提高了水工钢闸门设计理论水平；

2）采用空间体系法对水工钢闸门结构布置进行了系统研究，提出了闸门空间结构合理布置新方法，破解了闸门空间结构布置全局优化的难题；

3）将全过程三维参数化设计方法与空间体系法结合，研发了水工钢闸门智能设计软件，实现了水工钢闸门结构参数化设计和三维正向设计，显著提高了设计的准确性及效率。

三、社会经济效益、应用情况及适用范围

（1）社会经济效益：2023年本技术在小浪底水利枢纽工程3号明流洞弧形闸门运行方式优化提升中进行了应用，为小浪底明流洞弧形闸门的局开运用奠定了理论基础，从而为小浪底水利枢纽工程进一步发挥调水调沙功能发挥了重要作用，具有重要的生态效益。通过对新疆乌鲁瓦提水利枢纽工程冲沙洞和泄洪排沙洞弧形闸门静动力结构分析，为乌鲁瓦提水利枢纽泄洪排沙洞弧形闸门局开运用奠定了理论基础，增加排沙量约20%左右，延长了水库的使用寿命。

（2）应用情况：2023年本技术在小浪底水利枢纽工程3号明流洞弧形闸门运行方式优化提升中进行了应用，为小浪底明流洞弧形闸门的局开运用奠定了理论基础，从而为小浪底水利枢纽工程进一步发挥调水调沙功能发挥了重要作用。通过对新疆乌鲁瓦提水利枢纽工程冲沙洞和泄洪排沙洞弧形闸门静动力结构分析，为乌鲁瓦提水利枢纽泄洪排沙洞弧形闸门局开运用奠定了理论基础，增加排沙量约20%左右，进而延长了水库的使用寿命。采用空间体系法直接对芭蕾低位洞偏心铰弧形闸门、古贤水利枢纽泄洪排沙洞偏心铰弧形闸门进行全过程三维正向设计，解决了偏心铰弧形闸门结构设计中的关键技术问题，弥补了传统平面体系设计方法在计算理论和成果表达方面的不足。

（3）适用范围：本研究成果及技术可丰富完善已采用六十年经七次修订依然基于平面体系法设计的闸门规范、推动国内外闸门整体设计水平的发展和进步、实现闸门结构整体分析目标、支撑闸门结构全流程CAE设计、探索新型闸门结构、校核服役期闸门结构安全性、复演和查找闸门失事过程等方面具有重要应用价值。

四、技术图片

图1 典型工程三维模型

图2 典型工程结构分析

五、其他

技术持有单位：黄河勘测规划设计研究院有限公司

技术联系人：张雪才，高级工程师，18821793862，0371-66023655， xnzxc1990@163.com